CN104755828A - 以加压的气态媒介对存储罐填充的方法及填充装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种以加压的气态媒介、尤其是氢对存储罐、尤其是对车辆储罐进行填充的方法，其中每个存储罐(8)经由储罐供应线路(30)以及在所述储罐供应线路(30)的一个端部区段(30a)上配备的填充耦接件(19)而被填充有前述媒介。在填充存储罐(8)之前，在储罐供应线路(30)的所述端部区段(30a)上于填充耦接件(19)的上游设置的蓄冷器(7)被冷却至预定操作温度，从而在对存储罐(8)填充的第一阶段中流过储罐供应线路(30)的、并且尤其是在那里被加温的媒介被蓄冷器(7)冷却至预定期望的温度。在储罐供应线路(30)由于回流媒介的效应而被冷却后，所述蓄冷器(7)在对存储罐(8)填充的第二阶段中被回流的媒介再次冷却。本发明还涉及相应的填充装置。

Description

以加压的气态媒介对存储罐填充的方法及填充装置
技术领域
本发明涉及以加压的气态媒介对存储罐填充的方法及填充装置。
背景技术
填充有作为燃料的气态氢的车辆需要专门设计的填充站，所述填充站将保持在相当高压(例如700bar)下的氢供送到车辆储罐或连接的存储罐中。为了针对制造商建立对在这些用于氢动力车辆的填充站处填充过程进行管理的综合性标准，由其它方若干车辆制造商构成的协会制订了SAE J2601指南。该标准规定了针对在所述填充站处填充过程的指南、安全相关限定以及性能要求。例如，设置的是氢动力车辆在3分钟内填充至700bar，而在过程中存储罐(例如车辆储罐)的温度并不上升超过85℃的温度(该温度上升通过存储罐中由于流入的氢而迅速的压力增加所引起)。与此同时，在填充过程期间要求的是在进入存储罐时氢的温度并不降至低于-40℃。同样地，存在对填充过程中可允许的温度波动进行管理的规则。
为了既不在填充过程期间超过尤其是85℃的最大可允许温度而与此同时又不下降低于-40℃的氢限定的预冷却温度，用于填充存储罐的氢必须因而特别在具体的时间跨度(例如25秒)内在相当窄的-40℃至-33℃的温度范围内保持，其中氢的温度通常在进入用于存储罐的燃料软管的入口处测量。
由于在前述填充站处可变的配管长度以及配管中改变的温度状况，现有技术中在泵处为氢实现恒定的温度(例如-40℃)是相当耗时且昂贵的。除此之外，例如，这是因为每个填充过程导致储罐供应线路温度的暂时下降，以及导致在完成填充过程时储罐供应线路温度重新调节至环境温度。因此，储罐供应线路温度在填充过程开始时非常取决于多久之前发生潜在之前的填充过程，这引起了将热量可变地引导至在储罐供应线路中流动的氢。过加热的储罐供应线路能导致泵处的氢在必须被观察的时间帧内没有达到规定的-33℃至-40℃的温度范围，从而必须中断填充过程。
在长的储罐供应线路中，储罐线路必须被冷却以防止该情况，但是这与相当高的成本相关联。
发明内容
从上述问题出发，本发明的目的因而是提供一种最初所提及种类的方法，其中用于对存储容器(例如车辆储罐)填充的媒介、尤其是氢能以相当节约成本的方式在可允许的温度下保存。
该目的利用具有权利要求1中特征的方法实现。
在以加压的气态媒介、尤其是氢填充存储罐的方法中，后者提供的是该存储容器以前述媒介经由储罐供应线路和在储罐供应线路的端部区段上配备的填充耦接件填充该存储容器，其中在储罐供应管线的所述端部区段上于填充耦接件上游设置的(用于对媒介冷却的)蓄冷器在存储罐被填充之前被冷却至预定的操作温度，从而在填充存储罐的第一阶段中流过储罐供应线路的、并且尤其是在过程中在储罐供应线路中被加热的媒介由蓄冷器冷却至预定的期望温度，其中，一旦储罐供应线路已经被回流媒介冷却，蓄冷器就在填充存储罐的第二阶段中被回流媒介再次冷却。
因此，待附加地传输至蓄冷器的冷却能力仅仅相当于超过功率耗散多一点，其取决于蓄冷器与连接线路(储罐供应线路)的绝热。
蓄冷器保持处于优选-40℃的操作温度，尤其在填充过程中也保持处于该温度。蓄冷器优选地将传递进存储罐中的媒介保持在范围从-40℃至-33℃的期望温度。蓄冷器中的冷能量在此能配置成使得媒介/氢的质量流能在例如50秒至90秒的时间跨度内从+40℃的温度冷却至-40℃的温度。
蓄冷器的又一优点在于其具有“温度平滑”效应。这使得更明显地易于控制温度(例如，以支路功能等控制)，是因为即使过低的温度也能抵消。例如，在根据本发明的方法中媒介的温度被防止向下波动至低于-40℃的更低温度，是因为蓄冷器相应地加热被过冷却(即保持处于低于-40℃)的媒介，从而流入存储罐内的媒介的温度再次位于前述期望的温度范围内。
根据本发明方法的另一变型提供的是在填充存储罐之前借助于冷却回路将蓄冷器冷却至规定的操作温度，所述冷却回路与在储罐供应线路上在蓄冷器上游设置的制冷机的附加的蓄冷器耦接，从而冷却回路从蓄冷器提取热量并使其冷却。前述制冷机或附加的蓄冷器用于在媒介进入储罐供应线路或进入燃料泵线路时冷却所述媒介。
此外，根据本发明的目的利用具有权利要求4中特征的、以气态加压媒介(例如氢)对存储罐(例如车辆储罐)填充的填充装置来实现。
根据所述权利要求，蓄冷器在储罐供应线路的端部区段上填充耦接件的上游设置。因此，填充装置尤其展现为蓄冷器定位成使得媒介从蓄冷器至存储罐的通道相比于整个储罐供应线路(从其它蓄冷器至填充耦接件)是短的。
蓄冷器在此优选位于储罐供应线路的储罐软管上游，储罐软管的自由端设有该填充耦接件，所述填充耦接件能用于将储罐软管与存储罐连接，从而该媒介能经由储罐软管引导到存储罐中。蓄冷器优选地直接定位在断开式耦接件(breakaway coupling)前方，所述断开式耦接件允许储罐软管在张力下(例如当带有接合的填充耦接件的车辆远离气泵行驶时)与剩余的储罐供应线路分隔开。将蓄冷器直接设置在断开式耦接件的前方在此尤其意指相比于储罐供应线路的总体长度，媒介覆盖从蓄冷器至断开式耦接件的或者在存储罐中的最短可能距离。这确保了从蓄冷器进行的媒介的温度在其注入存储罐之前受外部影响仅能改变至少许的范畴。
蓄冷器优选具有由金属、尤其由铝制成的本体，所述本体包封储罐供应线路的一区段(端部区段)或者是形成储罐供应线路的那个区段，从而来自流过蓄冷器本体的媒介的热量能传输至该(冷却的)本体。本体在此优选由冷却回路冷却，冷却剂在所述冷却回路中循环。
根据本发明的填充装置的有利实施例特征在于以下事实，蓄冷器包括金属本体、尤其是铝制本体，所述本体包封储罐供应线路的一区段(端部区段)或者形成储罐供应线路的那个区段，以及多个配线、优选是不锈钢配线位于由蓄冷器包封的直线区段以内或是位于由蓄冷器形成的直线区段以内。
前述直线区段的内径在此测量为例如14毫米，并且位于该直线区段中的(不锈钢)配线的直径测量为例如4毫米。待提供的配线的数量和/或直径取决于期望的通道或压力损失。根据本发明的填充装置的该结构性配置使得可以减少待在填充过程已结束后释放的气体体积，并且因而显著地降低释放阶段期间氢的损耗，创造性的填充装置的该结构性配置引起了增加的换热表面以及蓄冷器的存储量，并且引起增加的换热系数。
本发明的优选实施例提供的是，为了利用该冷却回路冷却蓄冷器，蓄冷器与制冷机的附加的蓄冷器耦接，所述附加的蓄冷器也优选具有由金属、尤其是由铝制成的本体，所述本体包封储罐供应线路的在蓄冷器上游的一区段或者是形成储罐供应线路的那个区段，从而来自流过附加的蓄冷器的本体的媒介的热量传输至该(冷却的)本体。附加的蓄冷器的本体在此优选由附加的冷却回路冷却，冷却剂在所述附加的冷却回路中循环。
在根据本发明的方法以及根据本发明的填充装置中，尤其是待传输至蓄冷器的冷却能力与由耗散过程(例如将热量从外部环境注入蓄冷器和储罐供应线路中)所导致的功率损耗相对应。
在填充过程开始时，用于填充目的的媒介在填充过程期间冷却初始相对更温的储罐供应线路，因此原则上还作用为用于储罐供应线路的冷却剂。蓄冷器然后从媒介提取通过储罐供应线路注入的热量，并且这样做时将其本身温暖至特定程度。因此，注入蓄冷器的热量的总量取决于注入储罐供应线路的耗散热量以及注入蓄冷器本身的热量。该总的热喷射由前述冷却回路补偿，所述冷却回路将储罐供应线路的端部区段上的一个蓄冷器与储罐供应线路进口上的附加的蓄冷器连接。
因此，根据本发明方法中的蓄冷器仅必须能够吸收略微超过其自身的功率耗散以及储罐供应线路的功率耗散。这借助于该蓄冷器的与附加的蓄冷器耦接的冷却回路发生。
附图说明
本发明附加的细节和优点将利用以下对适于示例性实施例的附图的说明而被解释，该实施例基于如下附图，其中示出了：
图1为用于实施根据本发明方法的填充装置的示意图。
具体实施方式
图1示出了用于氢动力车辆的、用于以气态氢对车辆的存储罐(车辆储罐)8填充的填充装置，车辆的存储罐能与所述填充装置连接。当然，根据本发明的填充装置和根据本发明的方法也能用于以其它媒介、尤其是以气态且加压的媒介对存储罐8填充。
填充装置具有储罐供应线路30，所述储罐供应线路从(未示出的)储存器提取氢，并且借助于在储罐供应线路30的端部区段30a上设置的填充耦接件19将氢传递至存储罐8。在储罐供应线路30的端部区段30a处，本发明设置了蓄冷器(“Alu Coldfill”)7，其用于对被引入存储罐8的氢进行冷却。为了调节氢的温度，蓄冷器7具有由铝制成的本体(块体)，所述本体包封储罐供应线路30的该端部区段30a的一些部分，并且因而能对流过的氢提取热量或供应热量。
为了利用氢对存储罐8填充，储罐供应线路30的进口还设有阀1，所述阀配备有被附加的蓄冷器(“Alu Coldfill”)2紧跟的斜坡调整器(ramp regulator)。附加的蓄冷器2也具有由铝制成的本体(块体)，该本体包封储罐供应线路30的区段30b，并且经由传热将流过该区段30b的氢的温度调节至尤其是-40℃的温度。前述块体2在此被冷却回路20冷却，所述冷却回路与附加的蓄冷器2一起形成了制冷机。
储罐供应线路30的端部区段30a上的蓄冷器7通过冷却回路6也被冷却，该冷却回路将蓄冷器7与附加的蓄冷器2耦接，从而蓄冷器7被附加的蓄冷器2冷却。
前述附加的蓄冷器2借助于气泵线路3与优选气动操作的填充阀4(气泵的进口阀)连接，所述气泵线路包括整个储罐供应线路30的显著部分。在填充阀4的下游设置用于手动阻隔储罐供应线路30的手动阀5，所述手动阀跟随有流量计13，所述流量计被设定并提供用于测量储罐供应线路30中氢的质量流。
烟道线路14从储罐供应线路3在质量流量计13的下游分支，从而氢能以受控的方式通过位于烟道线路14中的通气阀15释放到环境中。在流量计13的下游定位的是前述蓄冷器7，该蓄冷器被断开式耦接件11(以尽可能短的连接方式)邻接，所述断开式耦接件将柔性储罐软管10与储罐供应线路30可拆分地耦接。此外，温度传感器12能用于确定蓄冷器7出口处媒介的温度。储罐软管10还能通过在储罐软管10的自由端上设置的填充耦接件19与存储罐8结合，从而气态氢能经由储罐供应线路从储存器引入相应的存储罐8中。存储罐8通常利用存储罐阀9(止回阀)保护。
在根据本发明的方法中，蓄冷器7在对存储罐或车辆储罐8填充的实际过程之前最初被冷却至尤其-40℃的预定操作温度。冷却在此经由冷却回路6发生，所述冷却回路从蓄冷器7提取热量。
在第一填充阶段期间，尤其是在压力和紧密度测试之后，压力变化然后优选地借助于阀1上的变压调整器被控制，从而在填充阀4打开的情况下氢流过附加的蓄冷器2，氢被冷却并且随即在燃料泵或储罐供应线路3、30中加热(从储罐供应线路30、尤其是燃料泵线路3至媒介的传热)，在此之后当过程继续时氢借助于温度被调节了的蓄冷器7流入存储罐8中，其中进入蓄冷器7的媒介(氢)的温度最初大于蓄冷器7的操作温度，从而热量从媒介传递至蓄冷器7，引起在下游存储罐8中流动的媒介的温度相当快地下降至允许的或期望的范围(优选为-40℃至-33℃)。
在接下来的第二填充阶段中，储罐供应线路30一经已被回流氢冷却，蓄冷器7就也被回流氢再次冷却。待附加地传输至蓄冷器7的冷却能力因而仅略微大于功率耗散，其取决于蓄冷器7与连接线路的绝热。
附图标记列表
1 带有变压调整器的阀
2 附加的蓄冷器(“Alu Coldfill”)
3 燃料泵线路
4 填充阀(进口阀、燃料泵)
5 手动阀
6 冷却回路
7 蓄冷器(“Alu Coldfill”)
8 存储罐
9 存储罐阀
10 储罐软管
11 断开式耦接件
12 温度传感器
13 流量计
14 烟道线路
15 通气阀
19 填充耦接件
20 冷却回路
30 储罐供应线路
30a 端部区段
30b 区段
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种以加压的气态媒介对存储罐进行填充的方法，所述存储罐尤其为车辆储罐的形式，所述媒介尤其为氢，其中该存储罐(8)经由储罐供应线路(30)以及在所述储罐供应线路(30)的端部区段(30a)上配备的填充耦接件(19)而被填充有前述媒介，其中在填充所述存储罐(8)之前，在储罐供应线路(30)的所述端部区段(30a)上于填充耦接件(19)的上游设置的用于冷却媒介的蓄冷器(7)被冷却至预定操作温度，从而在对存储罐(8)填充的第一阶段中流过储罐供应线路(30)的、并且尤其是在该过程中在储罐供应线路(30)中被加热的媒介被蓄冷器(7)冷却至预定期望的温度，其中，在储罐供应线路(30)已被回流的媒介冷却后，蓄冷器(7)在对存储罐(8)填充的第二阶段中被回流的媒介再次冷却，其特征在于，在对存储罐(8)填充之前，蓄冷器(7)借助于冷却回路(6)冷却至该操作温度，所述冷却回路与在储罐供应线路(30)上于蓄冷器(7)上游设置的附加的蓄冷器(2)耦接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，处于该操作温度的蓄冷器(7)具有冷能量，所述冷能量在第一填充阶段中引起所述媒介被蓄冷器(7)冷却至范围从-40℃至-33℃的期望温度。
3.一种以加压的气态媒介对存储罐进行填充的填充装置，所述存储罐尤其为车辆储罐的形式，所述媒介尤其是氢，所述填充装置尤其用在根据前述权利要求任一所述的方法中，所述填充装置带有储罐供应线路(30)和蓄冷器(7)，所述储罐供应线路能通过在该储罐供应线路(30)的端部区段(30a)上设置的填充耦接件(19)与存储罐(8)连接以用于对存储罐(8)填充，所述蓄冷器设计成经由传热从待填充进存储罐(8)中的媒介提取热量或将热量供应至待填充进存储罐中的媒介，其中所述蓄冷器(7)在储罐供应线路(30)的端部区段(30a)上设置在所述填充耦接件(19)的上游，其特征在于，为了冷却所述蓄冷器(7)，所述蓄冷器借助于冷却回路(6)与附加的蓄冷器(2)连接。
4.根据权利要求3所述的填充装置，其特征在于，蓄冷器(7)位于储罐供应线路(30)的储罐软管(10)的上游，其中该填充耦接件(19)在储罐软管(10)的自由端上设置。
5.根据权利要求4所述的填充装置，其特征在于，蓄冷器(7)位于储罐供应线路(30)的断开式耦接件(11)的上游，具体地尤其直接位于断开式耦接件(11)的前方，其中断开式耦接件(11)设计成在张力下将储罐软管(10)与储罐供应线路(30)分开。
6.根据权利要求5所述的填充装置，其特征在于，所述附加的蓄冷器(2)设计成对储罐供应线路(30)的在蓄冷器(7)上游的区段(30b)冷却。
7.根据权利要求3至6中任一所述的填充装置，其特征在于，所述蓄冷器(7)包括金属本体，尤其是包括铝制本体，所述本体包封储罐供应线路的一区段(端部区段)或者形成储罐供应线路的那个区段，并且多个配线、优选是不锈钢配线位于被蓄冷器(7)包封的直线区段以内或者位于由蓄冷器(7)形成的直线区段以内。

Claims (9)

1.一种以加压的气态媒介对存储罐进行填充的方法，所述存储罐尤其为车辆储罐的形式，所述媒介尤其为氢，其中该存储罐(8)经由储罐供应线路(30)以及在所述储罐供应线路(30)的端部区段(30a)上配备的填充耦接件(19)而被填充有前述媒介，其中在填充所述存储罐(8)之前，在储罐供应线路(30)的所述端部区段(30a)上于填充耦接件(19)的上游设置的用于冷却媒介的蓄冷器(7)被冷却至预定操作温度，从而在对存储罐(8)填充的第一阶段中流过储罐供应线路(30)的、并且尤其是在该过程中在储罐供应线路(30)中被加热的媒介被蓄冷器(7)冷却至预定期望的温度，其中，在储罐供应线路(30)已被回流的媒介冷却后，蓄冷器(7)在对存储罐(8)填充的第二阶段中被回流的媒介再次冷却。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，处于该操作温度的蓄冷器(7)具有冷能量，所述冷能量在第一填充阶段中引起所述媒介被蓄冷器(7)冷却至范围从-40℃至-33℃的期望温度。
3.根据前述权利要求中任一所述的方法，其特征在于，在对存储罐(8)填充之前，蓄冷器(7)借助于冷却回路(6)冷却至该操作温度，所述冷却回路与在储罐供应线路(30)上于蓄冷器(7)上游设置的附加的蓄冷器(2)耦接。
4.一种以加压的气态媒介对存储罐进行填充的填充装置，所述存储罐尤其为车辆储罐的形式，所述媒介尤其是氢，所述填充装置尤其用在根据前述权利要求任一所述的方法中，所述填充装置带有储罐供应线路(30)和蓄冷器(7)，所述储罐供应线路能通过在该储罐供应线路(30)的端部区段(30a)上设置的填充耦接件(19)与存储罐(8)连接以用于对存储罐(8)填充，所述蓄冷器设计成经由传热从待填充进存储罐(8)中的媒介提取热量或将热量供应至待填充进存储罐中的媒介，其特征在于，所述蓄冷器(7)在储罐供应线路(30)的端部区段(30a)上设置在所述填充耦接件(19)的上游。
5.根据权利要求4所述的填充装置，其特征在于，蓄冷器(7)位于储罐供应线路(30)的储罐软管(10)的上游，其中该填充耦接件(19)在储罐软管(10)的自由端上设置。
6.根据权利要求5所述的填充装置，其特征在于，蓄冷器(7)位于储罐供应线路(30)的断开式耦接件(11)的上游，具体地尤其直接位于断开式耦接件(11)的前方，其中断开式耦接件(11)设计成在张力下将储罐软管(10)与储罐供应线路(30)分开。
7.根据权利要求4至6中任一所述的填充装置，其特征在于，为了冷却所述蓄冷器(7)，所述蓄冷器借助于冷却回路(6)与附加的蓄冷器(2)连接。
8.根据权利要求7所述的填充装置，其特征在于，所述附加的蓄冷器(2)设计成对储罐供应线路(30)的在蓄冷器(7)上游的区段(30b)冷却。
9.根据权利要求4至8中任一所述的填充装置，其特征在于，所述蓄冷器(7)包括金属本体，尤其是包括铝制本体，所述本体包封储罐供应线路的一区段(端部区段)或者形成储罐供应线路的那个区段，并且多个配线、优选是不锈钢配线位于被蓄冷器(7)包封的直线区段以内或者位于由蓄冷器(7)形成的直线区段以内。
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